Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

STRUCTURAL AND FUNCTIONAL ORGANIZATION OF AMYGDALA IN RATS, SHOWING DIFFERENT STRATEGIES OF BEHAVIOR WHICH ASSOCIATED WITH GENETICALLY CAUSED CHANGES IN THE EXPRESSION OF ISOFORMS OF RECEPTOR D2

Akhmadeev A.V. 1
1 Bashkir State University
The aim of this work was the analysis of structural and quantitative characteristics of Amygdala and content of dopamine in rats with genotypes А1/А1 and А2/А2 on the locus Taq 1 A DRD2. Morphometric analysis of Amygdala showed that its area do not differ in rats with genotypes А1/А1 and А2/А2, but reveal a highly significant increase of specific area of basolateral group of structures of Amygdala and major index of the relative weight of brain in rats with genotype A2/A2. Chromatographic analysis of Amygdala’s tissue showed that in the Amygdala of rats with genotype A1/A1 contains more dopamine compared with rats with genotype A2/A2. Also revealed that rats with genotype A2/A2 has no differences in the content of dopamine between corticomedial and basolateral groups while in rats with genotype A1/A1 such differences are present. This can lead to the changing relationship between these groups.
Amygdala
locus Taq 1 DRD2
isoforms of dopamine receptor D2
dopamine
В ранее проведенных исследованиях [4] было показано, что крысы линии WAG/Rij c генотипом А11 по локусу Taq 1 A гена рецептора дофамина второго типа (DRD2), предопределяющим снижение экспрессии короткой изоформы этого рецептора [9], демонстрируют активную стратегию ориентировочно-исследовательского поведения, в то время как крысы - носители генотипа А22 по тому же локусу DRD2 - пассивную. Выявившиеся различия в поведении указанных двух групп крыс указали на необходимость анализа структурно-количественных характеристик миндалевидного комплекса (МК) как ведущего центра мозга в организации поведенческих реакций животных.

Известно, что поведенческий акт любой сложности начинается со стадии афферентного синтеза [1], в осуществлении которого принимает участие МК, являющийся полисенсорным центром. Афферентный синтез заключается в том, что возбуждение в ЦНС, вызванное внешним стимулом, действует не изолированно, а непременно вступает во взаимодействие с другими афферентными возбуждениями, которые формируются в головном мозгу сигналами, приходящими по другим сенсорным каналам. И только в результате синтеза этих афферентных возбуждений создаются условия для осуществления определенного целенаправленного поведения. Какое будет осуществляться поведение, зависит от того, какие процессы разовьются во время афферентного синтеза.

Исследование поведенческих реакций у животных позволяет получить общие сведения о механизмах реализации поступившей в организм животного информации, но эти сведения нуждаются в морфо - функциональном анализе основных блоков функциональной системы поведения, ибо «путь от гена к психологическому признаку лежит через морфо - функциональный уровень, т.к. в геноме человека закодирован не интеллект в столько-то баллов, а такие морфо - функциональные особенности организма, которые вместе со средовыми влияниями и создают все разнообразие интеллектов, темпераментов» [5].

Сведения литературы о морфо-функциональных коррелятах основных блоков функциональной системы поведения по П.К.Анохину [1] хорошо характеризуют аппарат эфферентного синтеза, и крайне недостаточны относительно организации процессов афферентного синтеза [3]. Между тем, основной структурой мозга, осуществляющей афферентный синтез, является миндалевидный комплекс (МК).

Целью работы явился анализ структурно-количественных характеристик МК мозга и содержания в нем дофамина (ДА) у крыс с разными генотипами по локусу Taq 1 A DRD2.

Материал и методы исследования. Исследования проведены на двух группах половозрелых гомозиготных крысах линии WAG/Rij с генотипами А11 и А22 по локусу Taq 1A гена DRD2 с массой тела 250-320 г. Всех использованных в работе половозрелых крыс содержали в стандартных условиях вивария, характеризующихся постоянством комнатной температуры (200-220)С и уровнем влажности. Пищу и питьё животные получали ad libitum, продолжительность светового дня составляла 12-14 часов. Все процедуры с животными выполняли с соблюдением международных правил и норм (Eropean Communities Council Directives,1986).

Цитоархитектонические и цитологические характеристики структур МК изучали на серии фронтальных парафиновых срезов мозга толщиной 20 мкм, которые окрашивали по методу Ниссля. Морфометрические исследования МК выполнены с использованием цитоархитектонических препаратов. Препараты изучали с помощью тринокулярного светового микроскопа серии МС-300 (Австрия), пользуясь объективом 10. Микрофото получали с использованием цифрового фотоаппарата Nicon CoolPix 4500. Полученные изображения экспортировали в компьютер, и анализировали с помощью программы JmageJ 1.38 (USA). Для определения относительной массы мозга крыс линии WAG/Rij, имеющих различия генотипа по изучаемому локусу, использованы данные, полученные при измерениях массы тела и мозга 224 крыс [112 крыс (равное количество самцов и самок) в каждой группе].

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии определяли содержание ДА в МК, забирая материал для исследования от 3-4 крыс, умерщвленных передозировкой эфирного наркоза. Образцы, взятые из правого и левого полушария у крыс, взвешивали (в среднем, вес навески был 25-30 мг) и анализировали в одной пробе. Очищенные супернатанты анализировали на хроматографе (Аквилон, Россия) со спектрофотометрическим детектором (UVV-104 M) в ЦКП БашГУ.

Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Statistica 6.0. Сравнение вариационных рядов осуществляли с помощью параметрического критерия Стьюдента и непараметрического критерия U- критерий Манна-Уитни. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты исследований и их обсуждение. Изучение цитоархитектоники МК крыс линии WAG/Rij с генотипами А11 и А22 по локусу Taq 1A DRD2 и сопоставление ее с крысами линии Вистар показало, что общий план строения (топографии структур, ход волокнистых трактов, разделяющих его группировки - кортикомедиальную и базолатеральную) не различается. Выявляются все, присущие МК, ядерные, палеокортикальные и межуточные формации.

Результаты структурно-количественного анализа МК приведены в табл. 1. Они отражают суммарную в обоих полушариях удельную площадь структур.

Таблица 1

Удельная площадь МК и ее группировок у крыс с генотипами А11 и А22 (M+m, проценты)

Генотип

А11

А22

МК

20,47+0,85

19,86+0,51

Отделы МК

кортико -

медиальный

базо -

латеральный

кортико -

медиальный

базо -

латеральный

15,85+1,83

18,81+0,81

16,32+1,87

21,98+0,48***

Примечание: ***p<0,001 при сравнении базо-латеральной группировки у крыс с разными генотипами

Приведенные в табл. 1 данные удельных площадей показывают, что площадь МК не различается у крыс с разными генотипами. Удельные площади кортикомедиальных группировок меньше значений удельных площадей базолатеральных группировок, как у крыс с генотипом А11, так и у крыс с генотипом А22. Сравнение удельных площадей кортикомедиальной и базолатеральной группировки у крыс с разными генотипами показывает, что существуют высоко значимые различия по величине базолатеральной группировки, которая больше у крыс с генотипом А22.

Не связана ли большая площадь базолатеральной группировки у крыс с генотипом А22 с большей массой мозга? Для ответа на этот вопрос мы провели анализ величин массы тела и головного мозга, а также рассчитали относительную массу мозга (ОММ - масса мозга в мг разделена на массу тела г) у двух изучаемых нами групп крыс. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Показатели массы тела, головного мозга и относительной массы мозга у крыс с генотипами А11 и А22

Показатели

Масса тела (г)

Масса мозга (мг)

Относительная масса мозга (ОММ)

Генотип

А11

А22

А11

А22

А11

А22

Общая популяция

M+m

286,20

+3,05

262,56

+4,93

1787,39

+17,14

1905,70

+14,46

6,28

+0,05

7,50

+0,13

T, p

5,04, p<0,001

6,03, p<0,001

9,07, p>0,001

Эти данные показали, что масса тела крыс с генотипом А11 значимо больше при p<0,001, в то время, как масса головного мозга и ОММ больше у крыс с генотипом А22 (p<0,001). Это обстоятельство указывает на то, что большая удельная площадь базолатеральной группировки у крыс с генотипом А22 связана с большей относительной массой мозга у этих крыс.

Результаты анализа содержания ДА в МК показали, что:

  1. В МК крыс с генотипом А11 содержится практически вдвое больше (на 75%, p<0,05) ДА по сравнению с крысами, имеющими генотип А22. Это подтвердило мнение нейрофизиологов о том, что ДА причастен к активному типу поведения [8].
  2. У крыс с генотипом А11 существуют значимые различия по содержанию дофамина в кортикомедиальной и базолатеральной группировках структур МК, в то время, как у крыс с генотипом А22 содержание дофамина снижено и различий в его содержании в группировках структур МК у этих крыс не выявляется; это может отражать изменение взаимосвязей между этими группировками.

Известно, что кортикомедиальная группировка представляет собой филогенетически древнюю часть МК, и представляет субстрат палеоамигдалы [2], в то время, как базолатеральная формируется в историческом развитии организмов позднее, и может быть обозначена как неоамигдала. Между указанными группировками существуют тесные функциональные связи, при этом кортикомедиальная оказывает стимулирующее на базолатеральную, а базолатеральная, наоборот, ингибирующее влияние на кортикомедиальную группировку структур МК [6,7]. Поскольку дофаминергическая система способна оказывать модулирующее влияние на глутамат- и ГАМК - ергические системы, которые широко представлены в МК, наличие различий в содержании ДА или отсутствие, несомненно, скажется на взаимоотношениях указанных отделов МК, что проявится и в поведении. Возможно, изменение функциональных связей кортикомедиальной и базолатеральной группировки представляет один из факторов, определяющих формирование различий в поведении изучаемых нами двух групп крыс.

Выводы:

1. Морфометрический анализ МК выявил, что его площадь не различается у крыс линии WAG/Rij с генотипами А11 и А22, но обнаружил высоко значимое увеличение удельной площади базолатеральной группировки структур МК и большую относительную массу головного мозга у крыс с генотипом А22.

2. Хроматографический анализ ткани МК и его группировок показал:

а) в МК крыс с генотипом А11 содержится больше дофамина по сравнению с крысами, имеющими генотип А22;

б) у крыс с генотипом А22 нет различий в содержании дофамина между кортикомедиальной и базолатеральной группировками при наличии таковой у крыс с генотипом А11, что может обуславливать изменение взаимосвязей между этими группировками;

в) сравнение содержания дофамина в базолатеральной группировке у крыс с разными генотипами выявило, что у крыс с генотипом А22 его содержание значимо меньше, чем у крыс с генотипом А11.

Работа выполнена при финансовой поддержке базовой части Госзадания Минобрнауки РФ, тема № 301-14.

Рецензенты:

Хисматуллина З.Р., д.б.н., профессор, зав.кафедрой физиологии человека и зоологии Башгосуниверситета, г.Уфа

Башкатов С.А., д.б.н., профессор, профессор кафедры генетики и фундаментальной медицины Башгосуниверситета, г.Уфа.